Les facteurs édaphiques et leurs relations avec les êtres vivants

Introduction

Le sol est la partie superficielle de la croûte terrestre. Il résulte de la transformation de la roche mère sous l’influence de divers processus physico-chimiques et biologiques.
Le sol est un support de vie de très nombreux êtres vivants qui sont influencés par ses propriétés, et qui influencent sa formation et son évolution.

• Quelles sont les propriétés physico-chimiques du sol ?
  
• Comment influencent-elles la répartition des êtres vivants ?
  
• Quelle est l’action des êtres vivants sur la formation et l’évolution du sol ?
  
• Quel est l’effet de l’homme sur le sol ?
  

I – Les propriétés du sol

1 – texture et structure du sol

a – Les constituants de sol

La figure suivante montre le test de sédimentation pour isoler les différents constituants du sol.

Q – D’après cette figure, quels sont les différents constituants du sol ?

R – Le sol est constitué de :

• Les éléments minéraux : on distingue les éléments minéraux solides de différente taille (argile, sable fin, sable grossier…), et les éléments minéraux solubles dans l’eau (Fe2+, Na+, Cl-…). Ces éléments minéraux proviennent de la dégradation de la roche mère.
  
• Les éléments organiques : c’est la matière organique qui provient des restes d’organismes vivants (animaux, végétaux).
  

Remarque : la figure suivante montre une classification des grains du sol selon leur taille.

b – Texture du sol

Le sol est un mélange de grains de formes et de tailles différentes. L’analyse granulométrique permet de déterminer la distribution en poids des particules suivant leurs dimensions. Cette analyse se fait selon les étapes suivantes :

• Élimination de la matière organique et du calcaire du sol, par l’ajout de H2O2 et HCl.
  
• Lavage puis séchage du sol.
  
• Tamisage de l’échantillon, pour séparer les différents grains suivant leurs dimensions.
  
• Détermination de la quantité et du pourcentage de chaque catégorie de grains du sol.
  

Exercice : L’analyse granulométrique de la texture de deux échantillons du sol a donné les résultats suivants :

Q – À l’aide du triangle des textures, déterminer la texture de S1 et S2

R – La texture des deux sols S1 et S2 est :

• S1 : limono-sableux.
  
• S2 : argileux.
  

c – Structure du sol

La structure du sol est le mode d’organisation des différentes particules du sable, de limon et d’argile entre elles.
La figure suivante montre les trois types de structure.

Q-2 – Quelle est la structure la plus favorable pour la croissance des plantes ?

R-1 – La structure du sol est le mode d’assemblage des constituants du sol, la forme des éléments structuraux du sol permet le classement des types de structure du sol en trois groupes :

• La structure particulaire : les éléments solides du sol sont libres (absence de colloïde entre elles), séparés par le vide.
  
• Structure compacte : les particules solides sont attachées entre eux par un colloïde argileux dispersé, absence du vide.
  
• La structure glomérulaire : les éléments solides du sol sont rassemblés en agrégats par le complexe argilo-humique, et ces agrégats sont séparés par le vide.
  

R-2 – la structure la plus favorable est la structure granulaire, parce que :

• Elle laisse s’écouler l’excès d’eau, mais en retient assez dans ses nombreux capillaires.
  
• Elle assure une bonne aération des racines et des micro-organismes du sol.
  
• Elle favorise la germination des graines, puis la pénétration des racines et leur exploitation du sol.
  

d – Les propriétés des colloïdes du sol

La figure suivante montre les résultats de la manipulation de dispersion et de floculation d’argile et d’humus.

Q – Expliquer ces résultats.

R-

• Les particules argileuses portent une charge électriquement négative, donc ces particules restent dispersées dans l’eau, dans ce cas, on parle de colloïdes argileux dispersés.
  
• Les particules d’humus sont aussi chargées négativement.
  
• L’introduction des ions chargés positivement (Ca⁺⁺, Na⁺ …) qui neutralisent les charges négatives (particules argileuses et particules d’humus). L’ensemble va former des amas (agrégats), c’est la floculation.
  

Définition : le complexe argilo-humique est un agrégat entre des particules d’Humus (-) et des particules argileuses (-) en présence des ions chargés positivement.
Remarque : L’existence du complexe argilo-humique dans le sol permet la rétention des ions minéraux par ce sol, et seront protégés contre le lessivage (déplacement des ions vers les profondeurs du sol). Donc ces ions seront mis à la disposition des racines des plantes vertes (sol fertile).

2 – L’eau dans le sol

a – Perméabilité et capacité de rétention d’eau

Manipulation :

• Placez 100 g pour chacun des trois échantillons du sol suivants (argileux, sableux et argileux riche en humus) dans trois tubes.
  
• Versez 100 ml d’eau distillée dans chaque tube (volume V).
  
• Prenez pour chaque tube le temps t1 d’écoulement de la première goutte du tube.
  
• Mesurer le temps t2 et le volume Vg obtenu à l’arrêt de l’écoulement d’eau.
  

Q-1 – Réalisez l’expérience et rapportez les résultats sur un tableau.
Q-2 – Calculez la perméabilité et la capacité de rétention d’eau pour les trois sols.
Q-3 – Comparez les résultats obtenus, que peut-on conclure ?

R-2 – Calcule de P et Vr de chaque échantillon de sol (voir le tableau)

• La perméabilité est la vitesse de pénétration de l’eau dans le sol. Donc : P = Vg / (t2 – t1). En (ml / min).
  
• La capacité de rétention d'eau est la quantité retenue par le sol après de départ de l’eau de gravité. Donc : Vr = V – Vg (ml).
  

R-3 – Comparaison :

• Le sol sableux est plus perméable que le sol argileux.
  
• Le sol argileux a une capacité de rétention d’eau élevée par rapport au sol sableux.
  
• La présence d’humus rond le sol argileux plus perméable, par la formation de la structure granulaire.
  

b – Les formes d’eau dans le sol

La figure suivante montre les différentes formes d’eau dans le sol.4

Q – Quelles sont les forces qui influencent l’eau dans le sol ?

R – Dans le sol, les molécules d’eau sont soumises à 3 forces différentes :

• La pesanteur (la force de gravité).
  
• La force de rétention des particules du sol.
  
• La force d’absorption (succion) par les racines.
  

c – Relation entre la capacité de rétention en eau et la texture du sol

La figure suivante montre la variation de la capacité de rétention d’eau et du point de flétrissement en fonction de la texture du sol.

Q-1 – Donnez à chaque chiffre sur le graphique le nom qui lui correspond.
Q-2 – Quelle relation existe-t-elle entre la texture du sol, sa capacité de rétention et le point de flétrissement ?
Q-3 – Quel effet joue l’ajout de l’humus sur le sol ?

R-1-

• 1 – eau inutilisable.
  
• 2 – eau utilisable.
  
• 3 – point de flétrissement.
  
• 4 – capacité de rétention du sol.
  
• 5 – capacité de rétention du sol enrichi en humus.
  
• 6 – drainage : écoulement de l’excès d’eau.
  

R-2 – D’après l’analyse du graphique, on voit qu’à texture décroissante (du sable vers l’argile) la capacité de rétention du sol augmente progressivement. Le flétrissement d’une plante commence lorsque la force de rétention d’eau (F.S) devient équivalente avec la force de succion de la plante. Le point de flétrissement dépend de la texture du sol et de la nature de la plante.

R-3 – La présence de l’humus dans le sol augmente progressivement la capacité de rétention du sol en eau.

3 – L’acidité du sol

Exprimée par le pH, l’acidité du sol est la quantité de cations hydrogène (H+) dans la solution du sol. Le pH du sol est mesuré par le pH mètre ou du papier pH (indicateur).
Exemples :

• Sol calcaire (riches en calcium) : 8.00 → basique.
  
• Sol siliceux (riche en silice Si) : 5.5 → acide.
  
• Généralement, le pH des sols est compris entre 3,5 et 9,5
  

Remarque : l’acidité du sol dépend de plusieurs facteurs :

• La nature chimique de la roche mère.
  
• La nature de la végétation.
  
• Le climat.
  

II – L’influence des caractéristiques du sol sur la répartition des êtres vivants

1 – Action de l’acidité du sol sur la répartition du chêne-liège

La figure suivante présente une coupe horizontale de la distribution de la végétation dans une zone située entre Rabat et Zaer.

Pour mieux comprendre l’influence des terres calcaires sur le chêne-liège, on propose les données expérimentales suivantes :
Expérience 1 : On cultive deux espèces de légumineuses (le lupin jaune et la féverole) dans des conditions de pH du sol différentes, le tableau suivant représente les résultats obtenus :

Expérience 2 : On mesure la quantité de Ca2+ absorbée par les deux plantes en faisant varier le pH du sol, les résultats obtenus sont représentés sur la figure 1.
Expérience 3 : On mesure la vitesse d’absorption des ions K+ par les racines du lupin jaune en fonction de la concentration de Ca2+. La figure 2 représente les résultats obtenus.

Q-2 – Exploitez ces résultats pour expliquer la répartition du chêne-liège observée dans la première figure.

R-1-

• Analyse : On constate sur la coupe que le chêne-liège pousse dans des régions différentes (forêt Temara, forêt Beni Abid…), mais il ne pousse pas dans les régions à sol calcaire (plante calcifuge).
  
• Hypothèse : Il est probable que la répartition du chêne-liège dépend de la nature du sol : sableux (sol siliceux riche en Si) ou calcaire (riche en Ca++)
  

Notez Bien :

• Les plantes qui ont une préférence pour les sols calcaires sont dites plantes calcicoles.
  
• Il existe des plantes indifférentes vis-à-vis du sol (pousse sur tous les types du sol).
  

R-2-

• Expérience 1 : D’après le tableau, on remarque que le lupin jaune pousse sur un sol siliceux. Et évite le sol calcaire, contrairement à la féverole. Donc : le lupin jaune est une plante calcifuge (comme le chêne-liège), alors que la féverole est une plante calcicole.
  
• Expérience 2 : On constate que l’absorption des ions Ca++ par le lupin jaune est faible quand le pH est acide, et elle augmente rapidement avec l’augmentation de pH. Pour la féverole, l’absorption des ions Ca++ reste relativement faible sur les sols acides et aussi sur les sols basiques. Donc le pH du sol influence l’absorption des ions Ca++ par les plantes calcifuges.
  
• Expérience 3 : D’après l’analyse de la figure 2, on constate que pour le lupin jaune que l’absorption de k+ est faible dans le cas de présence de Ca++, mais elle est forte dans l’absence de Ca++. Donc la forte absorption de Ca++ par les plantes calcifuges, dans les sols calcaires, empêche l’absorption d’autres ions comme le K+ (nécessaire à la croissance des plantes).
  

2 – L’influence de la capacité de rétention d’eaux du sol sur la répartition du chêne-liège

La figure suivante présente une coupe horizontale de la répartition du chêne-liège faite dans la Daya de Sidi Aamira.

Pour expliquer cette répartition, des plantations de jeunes plates d’arbres de chêne-liège ont été effectuées à la forêt de la Maamoura près de Daya de Sidi Aamira, dans des endroits qui varient selon l’épaisseur de l’horizon sableux. Le tableau suivant montre les résultats obtenus.

Q-2 – Expliquer les résultats obtenus.

R-1-

• Analyse : On constate que le chêne-liège se situe uniquement dans la zone B des deux côtés de Daya Sidi Aamira.
  
• Hypothèses :
  
• C’est probable que le chêne-liège est influencé par la variation de la nature du sol.
  
• C’est probable que le chêne-liège est influencé par la variation de la capacité de rétention d’eau du sol.
  

R-2 – Explication des résultats :

• Zone A : Asphyxie des racines de chêne-liège par ce que le sol argileux est rempli d’eau.
  
• Zone B : Les racines de chêne-liège sont assez longues (2 m) pour atteindre la couche argileuse qui contient l’eau.
  
• Zone C : L’absence de croissance est due à l’épaisseur de la couche sableuse (> 200 cm), qui empêche les racines d’atteindre l’eau qui se trouve dans la couche argileuse.
  

Conclusion : Le sol, par ces propriétés physico-chimiques (acidité, capacité de rétention d’eau…), influence la répartition des êtres vivants.
Remarque : les facteurs édaphiques influencent aussi la répartition des animaux qui vivent dans le sol (la faune du sol). Par exemple, le graphique suivant montre l’influence de la pollution du sol sur quelques animaux du sol.

III – Le rôle des êtres vivants dans l’évolution du sol

1 – Microfaune de sol

Les figures suivantes montrent l’appareil utilisé dans l’extraction de la microfaune du sol et des dessins de quelques exemples de la microfaune du sol.
Q – Expliquez le principe de fonctionnement de l’appareil de Berlèse.

R – L’appareil de Berlèse permet la récolte de la microfaune du sol (insectes, araignées de très petites tailles). L’éclairement de la lampe dégage la chaleur et la lumière qui font fuir les animaux du sol, ils finissent par s’enfoncer dans le sol et tombent finalement dans le flacon contenant l’alcool, et à l’aide de la loupe, on observe cette microfaune.

Remarque :
On classe les animaux du sol selon plusieurs critères, la figure suivante montre un type de classification scientifique, qui se base sur la forme du corps, l’existence ou non des pattes…

2 – La microflore du sol

Données expérimentales : On prépare deux boîtes de Pétri :

• L’une contient du sol stérilisé (sol chauffé à 100 °C pendant 30 min) humidifié, sur lequel est déposée une feuille morte d’arbre.
  
• L’autre identique, mais avec du sol non stérilisé (normal).
  

Résultats : après 15 jours, la feuille posée dans le sol normal se décomposent, et elle est colonisée par des bactéries et des champignons.
Q – Que peut-on conclure de ses résultats ?

R – Le sol est un milieu vivant qui contient de la microflore (bactéries, champignons) responsable de la décomposition de la matière organique morte (feuilles d’arbre, cadavre d’animaux…).

3 – Action des êtres vivants sur le sol

a – Action mécanique

• La flore :
  

Les racines permettent d’ancrer le végétal dans le sol, elles assurent la fixation des horizons du sol contre l’érosion et permettent finalement l’altération de la roche mère (dégradation mécanique).

• La faune :
  

Données Expérimentales :
Des couches de sol de natures différentes ont été mises en alternance dans un petit bassin en verre. Des lombrics ont été ajoutés avec de la litière. La figure suivante montre un dessin schématique de l’expérience et de ses résultats.

R – Les lombrics assurent plusieurs rôles dans le sol :

• Elles mélangent les différents constituants du sol (mélanger la matière organique avec la matière minérale).
  
• Elles assurent un bon drainage et une bonne aération du sol par les galères qu’elles creusent. D’autres études ont montré qu’avec l’augmentation de la masse des vers de terre dans le sol, sa porosité augmente. Ce qui facilite le passage de l’air et de l'eau dans ce sol.
  

b – Action chimique

Le tableau suivant montre la composition chimique des turricules et du sol.

Q – Analyser le tableau, que peut-on déduire ?

R-

• D’après l’analyse des données du tableau, on observe que les rejets des lombrics appelés Turricules sont plus riches en éléments minéraux (Ca++, Mg++…) que la teneur du sol.
  
• Donc les lombrics jouent un rôle très important dans la fertilisation du sol (augmentation des sels minéraux : Ca++, Mg++…). En plus, elles interviennent dans la dégradation de la matière organique (litière) et assurent son mélange avec de l’argile. Ainsi, il se forme dans le tube digestif des lombrics un complexe formé de matière organique et minéral.
  

N-B : La microflore du sol participe à la transformation de la matière organique en matière minérale, (ce sont les décomposeurs), donc elle participe à la réalisation de deux phénomènes : l’humification et la minéralisation.

c – Humification et Minéralisation

• Humification
  

L’humification (ou formation de l’Humus) est la transformation de la matière organique morte (litière) en humus, sous l’action des micro-organismes du sol.

• Minéralisation
  

Se produit sous l’effet des micro-organismes du sol, qui transforment progressivement l’humus en matière minérale (sels minéraux).

IV – Formation et évolution du sol

1 – les étapes de la formation d’un sol

Le sol résulte d’un long processus où plusieurs facteurs écologiques interagissent pour sa formation. La figure suivante montre des dessins schématiques qui illustrent la formation et le développement du sol.

Q-1 – Quels sont les facteurs écologiques qui contrôlent la formation du sol ?
Q-2 – Citez les étapes de formation du sol.
Q-3 – La formation du sol est estimée par une vitesse de 0.02 à 0.1 mm d’épaisseur de sol par an. Calculez la durée nécessaire pour former 5 cm de sol.

R-1 – Quelques facteurs écologiques qui contrôlent la formation d’un sol :

• La nature de la roche mère.
  
• Les facteurs climatiques (température, précipitation…).
  
• La densité de la couverture végétale.
  

R-2 – Les étapes de formation du sol :

• Fragmentation de la roche mère (formation des cailloux, sable…).
  
• Altération chimique de la roche mère (formation des éléments fins : argile, sels minéraux…).
  
• Altération biologique par la flore et la faune du sol.
  
• Enrichissement du sol par de la matière organique (végétaux et animaux).
  
• Évolution du sol et formation des différents horizons.
  

R-3 –

• On sait que 0,02 à 0,1 → 1 an
  
• 50 mm → x
  
• x = (50 / 0,02) à (50 / 0,1)
  
• x = 500 à 2 500 ans
  

2 – influence de l’homme sur le sol

Le sol est un milieu fragile. Il subit directement les influences négatives de l’homme.

• Quelles sont les influences négatives de l’homme sur le sol ?
  
• Comment peut-on préserver et améliorer les qualités du sol ?
  

a – Les aspects de la dégradation du sol

Le couvert végétal protège le sol contre toute sorte de dégradation ; et constitue un habitat pour la flore. Mais les incendies de la forêt et la surexploitation du bois et le surpâturage détruisent chaque jour des millions d’hectares de ce couvert végétal ; notamment les forêts.
La destruction du couvert végétal est l’une des principales causes de la dégradation des sols et de la désertification.
Remarque : Le lessivage du sol est le déplacement des éléments nutritifs du sol vers les couches profondes, causé par les précipitations. L’action du lessivage du sol est plus importante dans les sols nus (sans végétation protectrice)

b – Protection du sol et amélioration de sa fertilité

Le reboisement constitue l’une des mesures nécessaires pour limiter la destruction, le lessivage et l’érosion du sol. Sur les collines, les cultures se font sur des terrasses ; et le reboisement se fait selon les courbes de niveau. Dans les régions désertiques, on peut limiter l’avancée du désert en construisant des barrières, ou on effectue un reboisement avec des plantes adéquates. L’amélioration de la qualité du sol se fait par plusieurs méthodes :

• Le labourage que permet d’aérer et de mélanger les constituants minéraux et organiques ; et ainsi augmente la capacité de rétention de l’eau.
  
• L’irrigation par les procédés modernes comme la technique de `goutte-à-goutte`. Ce qui limite l’érosion du sol.
  
• L’utilisation des engrais organiques et des engrais synthétiques que contiennent les éléments minéraux nécessaires à la nutrition des plantes cultivées. On doit tenir compte de la nature du sol et de la nature de la plante.
  
• L’alternance des cultures : en général, on doit éviter de cultiver la même plante tous les ans. L’alternance augmente la fertilité du sol.
  

Conclusion

Le sol, par ses propriétés physico-chimiques (structure du sol, capacité de rétention de l’eau, acidité…), influence la répartition des êtres vivants (végétaux et animaux)
La faune et la microflore du sol interviennent dans la formation, l’évolution et la stabilité du sol. L’humification et la minéralisation de la matière organique nécessite l’intervention de différentes espèces telles que les saprophages, les champignons et les bactéries. Le ver de terre joue un rôle très important dans la stabilité et la qualité du sol

Q – Y a-t-il d’autres facteurs qui influencent la répartition des êtres vivants ?